DE4427817C1 - Patronenfilter und Verfahren zur Herstellung eines Patronenfilters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Patronenfilter nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.

Ein Patronenfilter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist bekannt. Der darin enthaltene Filterkörper kann aus einem oder mehreren Schichten bestehen, die jeweils homogen aufgebaut sind. Der Filterkörper weist aufgrund seiner Plissierung eine vergleichsweise große Oberfläche auf, was einen besonders geringen Druckverlust zur Folge hat. Die Anwendung solcher Patronenfilter bewährt sich nur in der Entstau­ bung, wo hohe Konzentrationen (größer als 1 mg/m³) relativ groben Staubes (größer als 1 µm) vorhanden sind. Die während der bestimmungsgemäßen Verwendung aus der zur reinigenden Luft abgeschiedenen Staubpartikel sam­ meln sich auf der Anströmseite des Patronenfilters als Filterkuchen an. Der Filterkuchen ist entfernbar. Da die Staubkonzentration in der Zuluftfiltration in der Regel kleiner als 1 mg/m³ ist und die Zuluft große Anteile an feinen Staub­ partikeln (kleiner als 0,5 µm) enthält, werden die gesamten Poren des Filterma­ terials durch Tiefenfiltereffekte schnell verstopft, bevor sich ein Staubkuchen aufbauen kann. Eine befriedigende Abreinigung ist dann nicht mehr möglich. Bereits nach kurzer Gebrauchsdauer ergibt sich dadurch ein schneller Anstieg des Druckverlustes.

In bezug auf die Filtration von Gasen ist auch bekannt, sogenannte Tiefenfilter zu verwenden. Diese bestehen aus weichen Vliesstoffmatten einer Dicke von 8 bis 100 mm, die eine in Richtung der Reinluftseite kontinuierlich zunehmend verdichtete Porenstruktur haben. Die aus der zu reinigenden Luft auszuschei­ denden Staubpartikel vermögen dadurch mehr oder weniger weit in das Innere der Filtermatten einzudringen, bis sie darin festgehalten werden. Der sich wäh­ rend der bestimmungsgemäßen Verwendung ergebende Druckabfall ist über lange Zeiträume nahezu konstant. Durch ihre große Voluminösität und Weich­ heit lassen sich derartige Filtermatten jedoch nicht plissieren. Die für ein Luft­ volumen definierte Größe benötigten Filtermatten haben eine vergleichsweise große Anströmfläche, was es erforderlich macht, besonders große Aggregate für ihren Einbau zur Verfügung zu stellen. Eine Abreinigung ist nicht möglich. Tiefenfilter gelangen aus diesem Grund in erster Linie bei der Zuluftfiltration von Klimaanlagen zur Anwendung.

Der Erfindung liegt die erste Teilaufgabe zu Grunde, ein plissiertes Patronenfilter zu zei­ gen, das sich von den bisher bekannten Ausführungen durch einen über lange Zeiträume weitgehend unveränderlichen Druckabfall unterscheidet und das für eine Verwendung im Bereich der Zuluftfiltration geeignet ist.

Diese erste Teilaufgabe wird erfindungsgemäß durch die gekennzeichneten Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltung nehmen die Unteran­ sprüche Bezug.

Bei dem erfindungsgemäßen Patronenfilter ist es vorgesehen, daß der Vlies­ stoff bei einem Flächengewicht von 100-500 g/m² einer Gesamtdicke, ge­ messen nach DIN 53 855, von 1,5 bis 6,0 mm hat. Die DIN 53 855 beschreibt die Art der Ermittlung der Dicke von textilen Flächengebilden. Diese sind kompressibel, wodurch es erforderlich ist, besondere Randbedingungen bei der Durchführung der Messung zu beachten. Der erfindungsgemäß zur Anwen­ dung gelangende Vliesstoff umfaßt schichtweise zusammengelagerte Stapelfa­ sern eines Titers von 0,1 bis 50 dtex, die durch ein thermisch erweichtes Bin­ demittel verklebt sind, wobei die in dem Vliesstoff enthaltene, an die Ab­ strömseite angrenzende Unterschicht bei einer Dicke von 10 bis 45% der Ge­ samtdicke drei bis sechs mal so stark verdichtet ist, wie eine an die Anström­ seite angrenzende Oberschicht einer Dicke von 10 bis 45% der Gesamtdicke. Der Vliesstoff läßt sich hierdurch nicht nur ausgezeichnet plissieren, sondern er hat darüber hinaus die Fähigkeit, die aus der zu reinigenden Luft auszuschei­ denden Staubpartikel zu separieren und über seinen ganzen Querschnitt verteilt zu speichern. Bei einer Verwendung in einem Patronenfilter gelingt es hierdurch nicht nur, über lange Zeiträume einen vergleichsweise geringen Druckabfall zu erreichen, sondern darüber hinaus auf besonders kleinem Raum eine hinsichtlich ihrer Größe bisher nicht für möglich gehaltene, aktive Filterflä­ che zur Verfügung zu stellen. Unter einer Plissierung im Sinne der Erfindung wird eine Faltenbildung ohne zusätzliche Unterstützungsmaßnahmen wie bei­ spielsweise die ergänzende Verwendung eines Drahtgewebes oder eines Stützvlieses verstanden, bei der die einzelnen Falten bei einer Tiefe von 30 bis 60 mm einen größten gegenseitigen Abstand von 10 bis 25 mm haben.

Das erfindungsgemäße Patronenfilter unterscheidet sich hierdurch von den gattungsgemäßen Oberflächenfiltern durch eine wesentlich verlängerte Stand­ zeit. Es kann letztere ersetzen, ohne daß es dazu erforderlich ist, Umbauten an den verwendeten Aggregaten vorzunehmen.

In bezug auf die Herstellung des Vliesstoffes können alle bekannten Stapelfa­ sern zur Anwendung gelangen. Bevorzugt werden synthetisch erzeugte Fa­ sern. Die Verwendung von Polyesterfasern hat sich als besonders vorteilhaft bewährt. Ihr Anteil soll zumindest 60 Gew.-% des Fasergehaltes betragen.

Auch das die Fasern zusammenhaltende, thermisch erweichte Bindemittel kann in jeder bekannten Form zur Anwendung gelangen. Es gelangt bevorzugt in Gestalt von Bindefasern zur Anwendung, beispielsweise in Gestalt von Bikom­ ponentenfasern, die einen hoch- oder unschmelzbaren Kern und einen ther­ misch erweichbaren Mantel haben.

In bezug auf die Herstellung eines Patronenfilters ist aus DE 43 04 036 C1 ein in eine zylindrische Gestalt überführter, plissierter Vliesstoff bekannt, der in einer Aufnahmeeinrichtung festgelegt ist. Der bei der Herstellung des bekannten Pa­ tronenfilters verwendete Vliesstoff war stets über seinen gesamten Quer­ schnitt in homogener Weise strukturiert. Gebräuchliche Oberflächenfilterme­ dien haben eine Porosität von weniger als 85%. Ein Vliesstoff, dessen Porosi­ tät einen Wert von 90% übersteigt und dessen Dicke größer ist als 1,5 mm läßt sich entweder nicht oder nur sehr schwer plissieren. Er ist zumeist zu weich, um während der bestimmungsgemäßen Verwendung der anströmenden Luft den notwendigen, statischen Widerstand entgegenzusetzen. Die re­ sultierenden, plastischen Verformungen führen dazu, daß sich die Falten an­ einander legen und der Druckverlust sprunghaft ansteigt. Durch Mitplissierung von Unterstützungsmaterialien (Drahtgewebe oder Stützvlies) kann dieser Verformung entgegengewirkt werden, was jedoch mit einem erheblichen Aufwand verbunden ist.

Unter Porosität wird im Sinne der Erfindung das Hohlraumvolumen eines Vlies­ stoffs verstanden, bezogen auf das insgesamt von diesem eingenommene Vo­ lumen.

Der Erfindung liegt die zweite Teilaufgabe zugrunde, ein solches Verfahren derart weiter zu entwickeln, daß es gelingt, Vliesstoffe einer Dicke von mehr als 2 mm so­ wie einer Porösität von mehr als 90% ohne Unterstützungsmaterialien zu plis­ sieren, in eine zylindrische Gestalt zu überführen und in einer Aufnahmevor­ richtung derart festzulegen, daß sich während der bestimmungsgemäßen Verwendung in einer Zuluftreinigungsanlage mit Anfangsdruckverlusten von weniger als 300 Pa bei Durchströmungsgeschwindigkeiten durch den Filter­ vliesstoff unterhalb 250 m³/m²h keine die Verwendbarkeit beeinträchtigenden, plastischen Verformungen ergeben.

Zur Lösung dieser weiteren Aufgabenstellung sind erfindungsgemäß die kennzeichnenden Merk­ male von Anspruch 9 des Patentbegehrens vorgesehen. Auf eine vorteilhafte Ausgestaltung nimmt Anspruch 10 Bezug.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispieles weiter verdeutlicht:

In der in der Anlage beigefügten Zeichnung ist eine beispielhafte Filterpatrone der erfindungsgemäßen Art wiedergegeben. Diese umfaßt einen zylindrischen und parallel zu seiner Achse plissierten Filterkörper aus einem geschichteten Vliesstoff, der in radialer Richtung durchströmbar ist, wobei der Vliesstoff bei einem Flächengewicht von 300 g/m² eine Gesamtdicke, gemessen nach DIN 53 855, von 3 mm hat und schichtweise zusammengelagerte Stapelfasern umfaßt, die durch ein thermisch erweichtes Bindemittel verklebt sind, wobei in dem Vliesstoff eine an die Abströmseite angrenzende Unterschicht enthalten ist, die bei einer Dicke von 30% der Gesamtdicke fünfmal so stark verdichtet ist sowie eine an die Anströmseite angrenzende Oberschicht einer Dicke von 30% der Gesamtdicke.

Der Vliesstoff besteht aus zwei Faserschichten, die eine voneinander abwei­ chende Zusammensetzung haben.

Die erste Faserschicht, die im wesentlichen die Oberschicht 5 bildet besteht aus 70 Gew.-% Polyesterfasern mit einem Titer von 3,3 dtex und 30 Gew.-% Bikomponentenfasern auf Polyesterbasis mit einem Titer von 5,5 dtex. Die zweite Faserschicht bildet im wesentlichen die Unterschicht 7. Sie besteht aus 40 Gew.-% Polyesterfasern mit einem Titer von 1 ,7 dtex und 60 Gew.-% Bi­ komponentenfasern auf Polyesterbasis mit einem Titer von 2,2 dtex. Die erste und die zweite Faserschicht haben jeweils ein Gewicht von 150 g/m². Das Ge­ samtgewicht ist 300 g/m².

Die beiden Lagen werden unter Verwendung eines Querlegers so aufeinander geschichtet und anschließend mittels eines Drahtsiebes in einer Ther­ mofusionsanlage überführt, daß die Oberschicht 5 nach oben zeigt. In der Thermofusionsanlage werden die beiden Schichten gemeinsam von oben mit Heißluft angeblasen, die eine Temperatur von 180°C hat. An der Unterseite ist eine Absaugeinrichtung angeordnet, durch die Heißluft entfernt wird.

Die erhaltene Filtermatte wird anschließend in einem separaten Arbeitsgang mit einem Bandkalander auf eine Dicke von 3 mm abgeflacht. Dabei muß die Un­ terschicht 7, die während der bestimmungsgemäßen Verwendung die Ab­ strömseite der Filtermatte bildet, auf eine Temperatur von 130°C aufgeheizt werden, um die erwünschte Verdichtung nur der Unterschicht zu erhalten. Die Verweilzeit im Kalander beträgt 16 Sekunden. Die. Bandrückspannung beträgt 2,5 bar.

Die Biegesteifigkeit (S) des erhaltenen Filtervliesstoffes wird nach DIN 53 350 gemessen. Die DIN 53 350 beschreibt die Bestimmung der Biegesteifigkeit durch die Biegung eines einseitig eingespannten Streifens. Das Biegesteifig­ keitsmoment wird bei verschiedenen Biegewinkeln gemessen. Die Biegestei­ figkeit beträgt

bei 10° Biegewinkel: 24 N·m²
20° Biegewinkel: 37 N·m².

Die Luftdurchlässigkeit wird nach DIN 53 887 gemessen. Die DIN 53 887 dient der Beurteilung der Luftdurchlässigkeit, d. h. der Eigenschaft bei der ein Textilmaterial, bei vorgegebenem Differenzdruck Luft hindurchströmen zuläßt.

Die Luftdurchlässigkeit beträgt vorliegend bei

100 Pa 600 l/m²s.
Die Porösität beträgt 92,7%.

Der fertige Filtervliesstoff wird anschließend in eine Messerplissiermaschine überführt und plissiert. Die Faltentiefe beträgt 48 mm.

Anschließend werden 4 m² des plissierten Materials in eine zylindrische Gestalt überführt, wobei der Außendurchmesser 327 mm beträgt und die Länge in axialer Richtung 600 mm. Das erhaltene Gebilde wird im Bereich der beiden Stirnseiten mit einem Deckel bzw. Boden aus Kunststoff staubdicht verklebt. Die hierdurch erhaltene Filterpatrone ist unmittelbar verwendbar.

Filtertechnische Leistung

Bei einem Volumenstrom zu reinigender Luft von 1000 m³/h resultiert eine Anfangsdruckdifferenz von 110 Pa. Es kann problemlos benutzt werden, bis eine Enddruckdifferenz von 600 Pa erreicht ist. Das ist bei einer Verwendung in der Zuluftfiltration einer Klimaanlage normalerweise frühestens erst nach einem Jahr der Fall.

Claims (10)

1. Patronenfilter, umfassend einen zylindrischen und parallel zu seiner Achse plissierten Filterkörper aus einem geschichteten Vliesstoff, der in radialer Richtung durchströmbar ist für die Anwendung in der Zuluftfiltration mit Anfangsdruckverlusten kleiner als 300 Pa bei Durchströmungsgeschwindig­ keiten durch das Filtermedium unterhalb 250 m³/m² h, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Vliesstoff bei einem Flächengewicht von 100 bis 500 g/m² eine Gesamtdicke, gemessen nach DIN 53 855, von 1,5-6,0 mm hat und schichtweise zusammengelagerte Stapelfasern eines Titers von 0,1-50 dtex umfaßt, die durch ein thermisch erweichtes Bindemittel verklebt sind und das in dem Vliesstoff eine an die Abströmseite angrenzende Unter­ schicht enthalten ist, die bei einer Dicke von 10 bis 45% der Gesamtdicke zwei bis zehn mal so stark verdichtet ist wie eine an die Anströmseite an­ grenzende Oberschicht mit einer Dicke von 10-45% der Gesamtdicke.

2. Patronenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stapelfa­ sern einen Titer von 0,5 bis 6 dtex haben.

3. Patronenfilter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Vliesstoff eine Dicke von 2,5-4,5 mm hat.

4. Patronenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterschicht fünf- bis sieben mal so stark verdichtet ist wie die Oberschicht.

5. Patronenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Polyesterfasern umfassen.

6. Patronenfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Polyesterfasern zumindest 60 Gew.-% beträgt.

7. Patronenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel in Gestalt von Bindefasern zur Anwendung gelangt.

8. Patronenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel in Gestalt von Bikomponentenfasern zur Anwendung gelangt.

9. Verfahren zur Herstellung eines Patronenfilters nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem ein schichtweise aufgebauter Vliesstoff erzeugt, plissiert, in zylindrische Gestalt überführt und in einer Aufnahmeeinrichtung festgelegt wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Vliesstoff aus Stapelfasern und einem thermisch erweichbaren Bindemittel erzeugt und vor seiner Plissierung unter Ver­ wendung eines Kalanders nur im Bereich der einen Seite erwärmt und ver­ dichtet wird.

10. Verfahren zur Herstellung eines Faltenfilters nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Kalander ein Bandkalander zur Anwendung gelangt.